Microbiome Archives

비뇨기계

방광에서 발견되는 모든 박테리아는 병원성으로 간주되기 때문에 방광은 전통적으로 무균으로 간주되었습니다. 그러나 인체에서 비병원성 미생물의 존재가 발견되면서 이러한 개념은 폐지되었습니다. 검체채취와 DNA 시퀀싱 기술의 발전으로 인해 요로에서 공생 미생물이 확인되었다. 그러나 요로 미생물군집 또는 우로바이옴에 대한 연구는 여전히 제한적이고 충분히 연구되지 않았습니다. 일반적으로 소변에 있는 미생물 군집의 풍부함과 다양성은 장에 비해 ~106-107배 낮습니다.  우로바이옴 탐지는 사용된 샘플링 방법에 따라 제한된다. 예를 들어, 일부 방광 점막 관련 박테리아는 소변 샘플에서 검출할 수 없으며, 검출을 위해서는 침습적 방법이 필요합니다. urobiome은 성별에 따라 유사하며 발견된 박테리아의 대부분은 Firmicutes 문에 속합니다. urobiome에서 발견되는 다른 문은 Actinobacteria, Bacteroidetes 및 Proteobacteria입니다. 남녀 공통 속은 Escherichia, Enterococcus, Prevotella, Streptococcus 및 Citrobacter입니다. Pseudomonas는 수컷에서만 검출된 반면 Corynebacterium과 Streptococcus는 암컷에 비해 수컷에서 더 많았다. 한편, 유산균의 풍부도는 남성에 비해 여성에서 더 높은 것으로 나타났다. 락토바실러스는 일반적으로 프로바이오틱스로 알려져 있지만 일부 종은 특정 병리와 관련이 있습니다. 예를 들어, 락토바실러스 가세리는 절박성 요실금(UUI)과 관련이 있습니다. 또한 락토바실러스의 풍부도 감소는 질병을 유발하는 요로 병원체의 집락화를 촉진합니다. Gardnerella는 여성의 urobiome 중 풍부한 측면에서 Lactobacillus 다음으로 두 번째입니다. 가장 흔한 종은 Gardnerella vaginalis로 일부 병원성 균주가 있어 여성에게 요로 감염(UTI)을 일으키고 남성에게는 비교적 덜 빈번합니다. 일반적으로 여성 비뇨기 미생물 군집에서 발견되는 지배적인 속은 Atopobium, Citrobacter, Enterococcus, Escherichia, Gardnerella, Lactobacillus, Prevotella, Shigella, Sneathia 및 Streptococcus이며, 건강한 여성에게 독점적인 지배적인 종은 Lactobacillus crispatus, Gardnerella입니다. vaginalis 및 Atopobium vaginae. 그러나 남성 urobiome에 대한 보고는 여성 urobiome에 비해 훨씬 적고 표본 크기가 작기 때문에 두 모집단의 urobiome 차이를 식별하는 데 방해가 될 수 있습니다. 마지막으로 건강한 남성에서는 Staphylococcus haemolyticus가 풍부한 종으로 알려져 있습니다. 
신체 부위의 해부학적 근접성과 생리학은 미생물 군집과 그 풍부함에 영향을 미칩니다. 남성과 달리 여성의 생식 기관 개구부와 요로 사이의 근접성은 서로 더 가깝습니다. 따라서 질은 요로에 있는 미생물 군집의 주요 공급원일 수 있습니다. 2건의 연구에서 질 및 소변 샘플 모두에서 일반적인 비뇨생식기 미생물총의 존재가 보고되었습니다. 그러나 약간의 차이도 관찰되었습니다. 예를 들어, 테피디모나스(Tepidimonas)와 플라보박테리움(Flavobacterium) 속은 질 마이크로바이옴에는 없지만 유로바이옴에는 존재하는 것으로 밝혀졌습니다. 칸디다 spp.의 존재에도 불구하고 요로 진균 군집과 같은 다른 우로바이옴은 특성이 잘 규명되지 않았다. 건강한 개인에게서 보고되었습니다. 현재까지 단 한 종의 고세균(Methanobrevibacter smithii)만이 요로 감염과 관련이 있는 것으로 보고되었습니다. 신장 결석에서 분리한 녹농균 감염 파지와 같은 용균성 박테리오파지 또는 UUI를 앓고 있는 여성의 방광에서 분리한 대장균 감염 파지를 포함하는 요로 바이롬도 검출되었습니다. UTI는 인간, 특히 여성 해부학의 설계로 인해 여성에게서 발견되는 가장 흔한 세균 감염 중 하나입니다. UTI는 일반적으로 대장균과 관련이 있지만 Enterococcus 및 Staphylococcus와 같은 장내 미생물에서 다른 공생 구성원이 발견됩니다. 흥미롭게도 이러한 속의 장내 풍부도 증가와 UTI의 높은 유병률 사이에는 상관관계가 있는 것으로 보입니다. E. 대장균은 또한 공생 urobiome의 일부이므로 건강한 개인에게서 발견되었습니다. 그러나 UTI 환자에서 발견되는 분리주와 건강한 개인의 분리주 사이에는 운동성 유전자에 약간의 차이가 있습니다. 또한 E. coli는 Enterococcus와 함께 분리될 때 병원성이 더 크다. 그러나이 동시 감염의 기본 메커니즘은 아직 잘 이해되지 않았습니다. 
질 미생물총은 또한 UTI에 대한 숙주의 감수성에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 재발성 UTI가 있는 여성은 프로바이오틱스, 특히 락토바실러스 크리스파투스의 투여로 질 미생물군이 변경되면 내성이 생깁니다. 또한, Gardnerella vaginalis와 같은 혐기성 종의 과증식으로 인한 세균성 질염이 있는 여성은 주로 락토바실러스로 구성된 미생물군을 가진 여성보다 UTI를 더 많이 겪습니다. 연구에 따르면 Gardnerella vaginalis의 일부 변종에 일시적으로 노출되면 방광의 휴면 세포내 저장소에서 대장균이 활성화되어 세포 사멸 및 인터루킨 1 수용체 매개 손상 유도를 통해 재발성 UTI 발생 가능성이 높아집니다. 방광 상피 세포에서. 이러한 결과는 UTI 병인의 고전적 개념을 확장하여 전통적으로 요로병원성으로 간주되지 않는 장 또는 질 관련 박테리아에 대한 요로의 간헐적 노출에 의해 질병이 유발될 수 있음을 시사합니다.

생식계

인간 질내 마이크로바이옴은 단일 속인 락토바실러스에 의해 지배되기 때문에 다른 신체 부위와 다릅니다. Lactobacillus spp. 질 pH를 낮추면 많은 병원균의 성장을 억제하고 숙주 상피에 유익한 영향을 주어 면역 체계를 조절합니다. 북미 여성의 약 25%가 락토바실러스가 지배하지 않는 질 미생물군을 보유하고 있는 것으로 보고되었습니다. 대신, 그들의 미생물 군집은 절대 및 통성 혐기성 미생물, 즉 Gardnerella, Prevotella, Atopobium, Sneathia, Megasphaera 및 Peptoniphilus 속의 종의 고른 개체군으로 구성됩니다. 흥미롭게도, 그러한 질내 마이크로바이옴을 갖는 것은 세균성 질염(BV), 유익균과 유해균의 불균형으로 인한 세균 감염으로 진단되는 경향이 더 높은 것과 관련이 있습니다. 따라서 역학 연구에서는 락토바실러스가 우세하지 않은 미생물 군집을 성병(STI)(178-181) 및 조산의 위험 증가와 연관시켰습니다. 이것은 또한 락토바실러스가 지배하지 않는 지역 사회가 건강에 해로운 결과를 발생시키는 데 덜 보호적일 수 있음을 시사합니다. 
질 상피는 호르몬에 의해 조절되는 자궁경부 점액층으로 덮여 있습니다. 점액은 단백질, 지질, 물 및 점액이라고도 하는 당단백질로 구성됩니다. 뮤신은 질 상피에서 보호 역할을 하며 질 미생물 군집의 영양 공급원 역할을 할 수 있다는 가설이 제기되었습니다. 뮤신 수치는 월경 주기 전반에 걸쳐 변화하며 마찬가지로 글리코겐 수치도 주기 전체에 걸쳐 변동합니다. 글리코겐은 질 상피에서 생성되며, 상피 세포는 다른 상피 조직에 비해 높은 수준의 글리코겐으로 구성됩니다. 뮤신과 유사하게 글리코겐도 질 미생물군집의 영양 공급원으로 생각됩니다. 질 생리학적 특성은 호르몬 변화의 영향을 받는다. 따라서 폐경기 동안 자궁경부 점액과 글리코겐 수치가 감소하고 일반적인 질의 산성 환경이 바뀌어 질 마이크로바이옴의 미세 환경이 변경됩니다. 
락토바실러스가 적고 Gardnerella, Prevotella, Atopobium 및 Sneathia와 같은 통성 및 절대 혐기성 균의 비율이 높은 질 미생물군은 STI 및 인간 면역결핍 바이러스와 같은 질병 획득과 관련이 있습니다. 이 질 미생물 군집 프로필은 또한 인간 유두종 바이러스의 발병률 및 유병률과 관련이 있습니다. 질 미생물군과 건강 사이의 연관성을 확립하려는 지속적인 연구에도 불구하고 캐주얼 메커니즘과 경로를 연결하기 위한 정보는 여전히 불충분합니다. 그럼에도 불구하고, 질 미생물군 이식(VMT)을 사용한 탐색적 연구는 재발성 세균성 질염이 있는 여성의 장기적인 완화를 입증했으며, 이러한 접근 방식은 미래에 질 미생물군집의 조절에 대한 통찰력을 얻기 위해 사용될 수 있습니다. 

지금까지 인체의 여러 부분에 서식하는 크고 다양한 미생물 그룹이 인간의 건강과 고도의 공진화 관계를 갖는 방법을 설명했습니다. Microbiome 연구는 건강 증진 및 다양한 질병 유발 과정에서 인간-미생물 생태계의 중요성을 강조했습니다. 이것은 또한 마이크로바이옴이 질병 관리의 잠재적 표적임을 시사합니다. 다음 섹션에서는 치료 결과를 위해 마이크로바이옴의 구성과 기능을 조절할 수 있는 다양한 전략을 제시합니다. 건강과 관련하여 마이크로바이옴의 기계론적 통찰력을 밝히는 더 많은 연구를 통해 치료 응용 프로그램을 개선할 수 있습니다.

호흡기계(비강, 기도 및 폐)

1. 코

비강은 외부 환경과의 필수적인 인터페이스입니다. 흡입하는 동안 기도는 미생물, 오염 물질, 에어로 알레르겐 등을 포함하는 환경에 노출됩니다. 코에는 다양한 잠재적 병원성 및 무해한 박테리아가 존재하며 이러한 다양성은 온도 및 습도와 같은 국부적 요인에 기인할 수 있습니다. 호흡기의 위치는 또한 비강 마이크로바이옴의 다양성에 기여할 수 있습니다. 예를 들어, 전비공은 중비도 및 접형사골 홈에 비해 미생물 다양성 수준이 감소했습니다. 앞쪽 콧구멍은 각질화된 편평 상피와 피지를 생성하고 박테리아 다양성에 영향을 미칠 수 있는 피지선으로 늘어서 있습니다. (86) 그러나 최근 연구에서는 건강한 개인의 중비도, 하비갑개, 전비공 사이에서 세균 다양성의 유의미한 차이를 발견하지 못했으며(87), 비교 가능한 정보를 얻기 위해서는 추가 연구가 필요할 수 있습니다.
건강한 성인의 전방 콧구멍의 미생물 군집은 Actinobacteria, Firmicutes 및 Proteobacteria의 세 문에 의해 지배되는 것으로 관찰되었습니다. 전비공은 Staphylococcus, Propionibacterium, Corynebacterium 또는 Moraxella를 포함하는 4개의 별개의 속 프로필로 더 분류됩니다. 중비도에는 황색포도상구균, 표피포도상구균, 여드름 프로피오니박테리움 아크네스가 풍부합니다. 건강에 해로운 질병 상태의 비강 마이크로바이옴은 특성이 잘 규명되지 않았으므로 추가 연구가 필요합니다. 지금까지 스타필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus)는 비강 질환인 만성 비부비동염(CRS)의 발생에 잠재적으로 작용하는 하나의 박테리아 종으로 확인되었습니다. S. aureus에 의한 비강 및 부비동의 집락화는 비용종의 존재 또는 CRS의 질병 중증도와 연관될 수 있습니다. 폴립이 없는 참가자에 비해 비강 폴립이 있는 CRS 참가자에서 S. aureus의 증가가 관찰되었습니다. 이 예비 정보를 가지고 CRS에서 비강 마이크로바이옴의 임상적 관련성과 CRS 발달에서 S. aureus의 기능적 역할에 대한 추가 연구를 향후 연구에서 탐색해야 합니다.

2. 인두, 후두 및 기관
호흡기관은 주로 기관에서 박테리아를 배양하기 어렵기 때문에 오랫동안 무균 상태로 여겨져 왔습니다. 그러나 환경의 미생물은 먼저 상부관(인두 및 후두)으로 들어간 다음 구강 또는 비강 경로를 통해 하부관(기관)으로 들어갈 수 있습니다. 이와 같이 상부 호흡 기관은 하부 영역에 비해 더 많은 박테리아를 가지고 있습니다. 현재 샘플 수집의 용이성을 감안할 때, 미래의 호흡기 마이크로바이옴 연구는 건강한 개인 사이에서 일관된 마이크로바이옴을 얻기 위해 더 탐구될 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 연구에 따르면 건강한 사람은 가벼운 천식 환자에 비해 Proteobacteria가 적습니다. 또한 목구멍에 폐렴연쇄상구균, 인플루엔자균 또는 모락셀라 카타랄리스가 집락화된 무증상 신생아는 조기에 반복적인 천명음과 천식의 위험이 증가한다고 보고되었습니다. 이 박테리아는 천식과 만성 폐쇄성 폐질환(COPD)의 악화와 일관되게 연관되어 있습니다. 지금까지 호흡기 미생물 군집에 대한 연구는 아직 제한적이며 추가 연구가 필요합니다.

폐

많은 교과서에서 일반적으로 폐는 무균 상태라고 합니다. 그러나 호흡하는 동안 폐는 지속적으로 다양한 환경 미생물에 노출됩니다. 과거에는 양립할 수 없는 배양 조건으로 인해 호흡기 표본에 박테리아가 없었기 때문에 건강한 폐에는 박테리아가 없다는 잘못된 해석이 뒷받침되었습니다. 임상 시료 채취에 관련된 침습적 절차도 폐 마이크로바이옴의 전신 조사 지연에 기여했습니다. 세균 군집을 연구하기 위해 가장 일반적으로 사용되는 접근 방식은 16S rRNA 유전자 앰플리콘의 고처리량 시퀀싱을 통한 것이지만, 이 기술은 낮은 바이오매스를 가진 세균이 잠재적인 오염 물질을 가릴 수 없을 때 기술적 문제를 제시합니다. 건강한 폐에는 Prevotella, Veillonella, Streptococcus, Haemophilus, Neisseria 및 Corynebacteria를 비롯한 매우 다양한 박테리아의 왕국 간 커뮤니티가 포함되어 있습니다. 이 외에도 Adenovirus, Rhinovirus, Influenza, Epstein-Barr, 홍역 등 많은 바이러스와 진균류(Aspergillus spp., Candida albicans, Candida immitis, Candida neoformans 등). 또한 호흡기와 관련이 있습니다. 
모든 폐 질환에서 폐 마이크로바이옴의 구성은 건강한 대조군과 비교하여 변경됩니다. 변경된 폐 미생물 군집이 폐 질환의 진행을 유도하는지 또는 변경된 폐 성장 환경의 2차 결과인지는 알 수 없습니다. 일부 질병 상태에서 증가된 기도 벽 투과성 및 점액 생성은 일반적으로 희박한 폐 환경에 영양 공급을 도입합니다. 점액은 증가된 온도와 감소된 산소 장력의 주머니를 도입하여 선택적으로 질병 관련 미생물의 성장을 촉진합니다. 면역원성이 강화된 경우 기도와 폐포는 병원체 관련 분자 패턴과 미생물 대사 산물에 노출되어 추가 염증을 유발하여 기도 상태를 더욱 변화시킵니다. 폐포 내 카테콜라민과 염증성 사이토카인의 생성은 P. aeruginosa, S. pneumoniae, Staphylococcus aureus 및 Burkholderia cepacia 복합체와 같은 선별된 박테리아 종의 성장을 촉진하는 반면, 염증 세포의 모집 및 활성화는 가변적인 박테리아를 죽이고 제거합니다.
호흡 악화는 숙주에 대한 부정적인 영향을 유발하는 조절 장애 숙주 면역 반응을 동반하는 호흡기 이상세균(즉, 호흡기 생태계의 장애 및 조절 장애)의 급성 사건이라고 제안되었습니다. 이는 환자의 기도에 있는 박테리아 군집이 악화 시점에 건강한 피험자에게 가장 풍부한 문인 박테로이데테스에서 프로테오박테리아 및 기타 질병 관련 박테리아 쪽으로 이동한다는 연구 결과에 의해 뒷받침됩니다. 악화는 세균불균형-염증 주기를 확대하는 일련의 염증 반응을 시작하는 염증 상태에 의해 활성화되며 항상성은 양성 피드백 루프가 끊어진 후에만 복원됩니다. 

피부

피부는 인체에서 가장 크고 가장 많이 노출되는 기관입니다. 환경과 일시적인 상호 작용이 많음에도 불구하고 피부 미생물군의 구성은 놀랍도록 안정적으로 유지됩니다. 피부 마이크로바이옴의 다양성과 상대적 풍부성은 개인과 피부 부위의 생리학에 따라 다릅니다. 일반적으로 미생물 군집은 지성, 습윤 및 건조의 세 가지 광범위한 그룹으로 분류됩니다. 경우에 따라 "발"은 뚜렷한 미생물 특성을 가지고 있고 지면과 정기적으로 접촉하여 불안정한 미생물총을 구성하기 때문에 3개의 넓은 그룹에서 별도로 분류됩니다. 
이러한 특성은 피부가 수많은 공생 박테리아, 곰팡이, 바이러스, 고세균 및 진드기를 수용할 수 있는 많은 가능성을 만듭니다. 다양한 피부 부위에 서로 다른 조성과 밀도로 존재하며 이러한 미생물을 모두 피부 마이크로바이옴으로 정의한다. 미생물의 구성과 풍부함은 피부 부위의 생리에 따라 달라집니다. 건강한 성인의 경우, 피지가 풍부한 부위는 친유성 큐티박테리움(구 프로피오니박테리움) 종에 의해 지배되는 반면, 포도상구균 및 코리네박테리움 종과 같은 박테리아는 겨드랑이, 팔꿈치 굽힘 및 발과 같은 습하고 습한 부위에서 번성합니다. 박테리아와 달리 곰팡이 군집은 피부의 생리학에 영향을 받지 않았습니다. 이와 같이 신체 중심부와 팔 부위의 우세한 균류는 Malassezia 속이며, 발의 피부는 Malassezia spp., Aspergillus spp., Cryptococcus spp., Rhodotorula spp., Epicoccum spp. 등입니다. 피부 부위 전체에서 박테리아는 곰팡이에 비해 더 풍부했습니다. 그러나 박테리아에 비해 곰팡이 참조 게놈이 적기 때문에 이는 풍부도의 차이에 부분적으로 기여할 수 있습니다. 세균이나 진균과 달리 진핵 바이러스의 집락 형성은 해부학적 부위에 의존하지 않는다. 현재 피부 바이롬과 숙주 및 박테리오파지의 상호작용에 대한 연구는 제한적이며 향후 연구에서 도움이 될 것이다. 예를 들어 한 연구에서는 진핵 바이러스가 드물지만 공격적인 형태의 피부암을 유발할 수 있다는 사실을 밝혔습니다. 반대로 피지가 많은 부위에서 발견되는 세균 및 곰팡이 군집이 가장 안정한 반면 발 부위의 군집은 가장 적은 것으로 나타났다. 이러한 불안정성은 환경에 곰팡이가 일시적으로 존재하기 때문일 수 있습니다. 반면에 진핵 DNA 바이러스는 시간이 지남에 따라 가장 변이가 컸습니다. 
피부는 땀, 피지, 각질층으로 구성된 가용 자원으로 영양이 풍부한 장의 환경에 비해 상대적으로 영양분이 적습니다.  이와 같이 이것은 프로피오니박테리움 아크네스가 무산소 피지선에서 번성하도록 촉진합니다. 이 통성 혐기성 세균은 피부 단백질에서 아미노산을 얻기 위해 프로테아제를 이용하고, 리파아제를 이용하여 유리 지방산을 회수하는 트리글리세리드를 분해하여 박테리아 부착을 촉진합니다. 안면 샘플에서 풍부한 Propionibacterium spp. 뺨의 피지 수치와 양의 상관관계가 있습니다. 흥미롭게도 Malassezia 및 Corynebacterium과 같은 영양요구성 종은 특정 기능적 역할을 위해 자체 지질을 생산할 수 없기 때문에 피지 및 각질층에서 발견되는 지질을 사용합니다. 따라서 이것이 성인 피부 마이코바이옴에서 Malassezia 종이 우세한 이유 중 하나일 수 있습니다. 마찬가지로 Staphylococcus spp. 내함성 및 땀에서 발견되는 요소를 질소원으로 활용하는 등 피부에서 생존하기 위한 전략을 품고 있습니다. Staphylococcus spp. 또한 각질층에서 영양분을 회수하는 프로테아제와 피부 접착을 촉진하는 부착물을 생성합니다. 
나이와 장내 마이크로바이옴의 연관성과 유사하게 피부 마이크로바이옴도 나이에 크게 영향을 받습니다. 사춘기 동안 증가된 호르몬 수치는 피지선을 자극하여 추가 피지를 생성합니다. 이것은 Propionibacterium spp., Corynebacterium spp.,  및 곰팡이 Malassezia spp.와 같은 친유성 미생물의 성장을 선호하는 사춘기 이후 개인의 피부를 초래합니다. 반면에 사춘기 이전의 어린이는 Firmicutes(Streptococcaceae spp.), Bacteroidetes 및 Proteobacteria(베타프로테오박테리아 및 감마프로테오박테리아)가 더 많을 뿐만 아니라 더 다양한 진균 군집을 가지고 있습니다. 이것은 사람의 나이와 피부 마이크로바이옴 사이의 연관성을 반영하며, 따라서 다른 연령대에서 특정 질병이 발병하는 경향과 관련이 있습니다. 예를 들어, 사춘기 전 아동의 경우 포도상구균과 관련된 아토피성 피부염이 감소한 반면 말라세지아 관련 백선은 어린이보다 성인에게서 더 두드러집니다. 병원균에 의한 집락화를 방지하기 위해 피부에 상주하는 미생물 구성원이 서로 상호 작용합니다. 그러나 일부 조건에서는 원래 유익했던 박테리아가 장내세균총의 변화와 관련된 병원성을 나타낼 수 있습니다. 예를 들어, 건강한 성인의 피부에 가장 많이 존재하는 박테리아인 P. 아크네스는 십대들 사이에서 흔히 볼 수 있는 여드름과 관련이 있습니다. P. acnes는 거의 모든 성인에게 존재하지만 소수만이 여드름 문제를 가지고 있으며 이는 유전자 발현 프로필이 기능적 수준과 피지 생성 수준 및 분비 속도와 같은 피부 생리학에 따라 다르다는 것을 나타냅니다. 임상 증상의 중증도와 관련이 있습니다. 또한 모낭 내 P. acnes의 존재와 생물막 형성이 여드름 발달과 관련이 있는 것으로 보고되었습니다. 
S. aureus는 일반적으로 습진으로도 알려진 아토피성 피부염(AD)이 있는 개인의 피부에서 배양됩니다. 피부 마이크로바이옴이 질병 발병에 영향을 미친다는 가설을 뒷받침하는 요인이 있습니다. 알츠하이머병 발적의 경우, 건강한 상태 또는 발적 후 상태에 비해 미생물 다양성이 감소하고 S. 아우레우스의 양이 급격히 증가한다는 것이 입증되었습니다. 또한 포도상구균의 상대적 풍부도는 AD 발적의 중증도와 밀접하게 진행되었습니다. 활동성 질병 악화 동안 S. 아우레우스와 알츠하이머병의 상관관계가 알려져 있지만, 질병 상태를 유발하는 포도상구균의 기능적 역할은 여전히 잘 이해되지 않고 있습니다. 또한 S. aureus가 세균불균형으로 인한 질병 개시에 기여하는지 또는 미생물 군집의 변화가 질병 상태의 결과인지도 알려지지 않았습니다.

신체 부위별 미생물군과 건강/질병과의 관계

1. 소화 시스템

1.1. 경구

인간의 구강은 박테리아, 곰팡이, 바이러스 및 원생동물을 포함하여 가장 다재다능한 미생물 군집 중 하나를 품고 있습니다. 구강에는 미생물이 서식하는 두 영역이 있습니다. 의치 또는 치아의 단단한 표면과 구강 점막의 연조직입니다. 구강의 주요 박테리아 속은 Streptococcus, Granulicatella, Gemella, Actinomyces, Corynebacterium, Rothia, Veillonella, Fusobacterium, Prevotella, Porphyromonas, Capnocytophaga, Neisseria, Haemophilus, Treponema, Eikenella, Leptotrichia, Lactobacillus, Peptostreptococcus, Staphylococcus, Eubacterium 및 Propionibacter를 포함합니다. 한편, 우세한 진균 속으로는 Candida, Cladosporium, Saccharomyces, Fusarium, Aspergillus 및 Cryptococcus가 있습니다. 유행성이하선염, 광견병, 인유두종 바이러스와 같은 질병 관련 바이러스뿐만 아니라 Trichomonas tenax 및 Entamoeba gingivalis와 같은 원생동물도 발견됩니다. 
구강은 인체의 주요 진입점이므로 이 영역에 상주하는 미생물은 잠재적으로 다른 신체 부위로 확산되어 질병을 일으킬 수 있습니다. 따라서 구강 마이크로바이옴의 구성은 인간 건강을 위한 면역을 제공하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 마이크로바이옴에 의한 질산염 대사는 질산염을 아질산염으로 감소시킵니다. 아질산염은 항균 효과가 있고 혈관 건강에 중요한 산화질소로 전환됩니다. Streptococcus salivarius K12 균주와 같은 일부 구강 미생물은 병원성 박테리아의 식민지화를 방지하는 불리한 환경을 조성하여 숙주 방어에 기여합니다. 그것은 치주염 질환과 관련된 그람 음성 종의 성장을 억제하는 박테리오신을 생성합니다. 
가장 흔한 구강 질환은 일반적으로 충치로 알려진 충치입니다. 충치에 관여하는 박테리아는 Streptococcus mutans, Streptococcus sobrinus 및 Lactobacillus acidophilus입니다. Veillonella, Bifidobacterium, Propionibacterium, Actinomyces, Atopobium 및 Scardovia와 같은 다른 종들도 충치와 관련이 있는 것으로 밝혀졌습니다. 구강에 상주하는 산 생성 박테리아가 음식에서 발견되는 발효성 탄수화물과 상호 작용할 때 치아 우식증이 나타납니다. 치은연상 생물막이 성숙하면 낮은 pH 환경을 조성하여 치아를 탈회시키고 결국 캐비테이션을 유발합니다. 적절한 구강 위생이 없으면 특정 미생물이 병원성 특성을 생성하여 치은염을 일으킵니다. 이 상태가 만성 세균 감염을 통해 지속되면 치은연하 플라크 축적은 미생물총을 건강한 상태에서 병든 상태로 재배열하여 치은에 영향을 미치고 이를 지지하는 결합 조직과 치아를 턱에 고정하는 뼈에 손상을 일으킵니다. 
구강 마이크로바이옴은 전신 건강에 중요한 역할을 하는 것으로 인식되어 구강 마이크로바이옴의 파괴가 심내막염, 골다공증 및 류마티스 관절염과 같은 여러 만성 질환에 잠재적으로 기여할 수 있습니다. 구강 건강은 또한 비만, 당뇨병, 암 및 신경정신병 장애와 같은 비전염성 질병(NCD)의 발달 및 진행에 역할을 하는 것으로 밝혀졌습니다. 따라서 구강 마이크로바이옴이 특정 질병의 위험을 평가하는 데 잠재적으로 사용될 수 있다고 제안되었습니다. 널리 연구된 장내 마이크로바이옴과 유사하게 구강 마이크로바이옴 연구는 그 기능과 인체와의 상호 작용에 대한 전체적인 시스템 수준의 이해로 이동하고 있습니다. 향후 연구를 통해 구강 미생물이 어떻게 건강한 상태로 회복될 수 있는지 밝혀질 것입니다.

1.2. 위

이전에는 위가 박테리아에 대한 적대감으로 인해 무균 기관으로 여겨졌습니다. 이러한 요인에는 산성 환경, 담즙산의 역류, 점액층의 두께, 구강에 존재하는 락토바실러스에 의한 음식물의 아질산염 전환(항균성 산화질소로 변환) 등이 포함됩니다. 그러나 간단하고 신뢰할 수 있는 진단 테스트의 부족으로 인해 위 마이크로바이옴 연구에 장애가 되었습니다. 1982년 Barry Marshall과 Robin Warren이 Helicobacter pylori를 발견하면서 이 개념은 반박되었습니다. 정상적인 조건에서 위점막에서 가장 많이 나타나는 문은 Proteobacteria, Firmicutes(최근에 Bacillota로 이름이 변경됨), Bacteroidetes(최근에 Bacteroidota로 이름이 변경됨), Actinobacteria 및 Fusobacteria입니다. 위액은 위점막과는 다른 다양한 미생물 군집을 가지고 있다. 위액의 우세한 문은 Firmicutes, Actinobacteria 및 Bacteroidetes이며, Proteobacteria 및 Firmicutes는 위 점막에서 우세합니다. 또한 Veillonella, Lactobacillus 및 Clostridium과 같은 구강 및 십이지장에서 발견되는 박테리아는 일시적으로 위에 군집을 형성할 수 있습니다. 
당연하게도 H. pylori는 H. pylori 감염 환자의 위에 있는 우세한 박테리아이며 대부분의 H. pylori 균주는 위 환경을 조절할 수 있으므로 상주 미생물의 서식지를 변경할 수 있습니다. 또한 위 미생물 군집의 변화는 위암 발병 위험을 증가시킬 수 있습니다. 또한 H. pylori를 박멸하면 위장의 미생물 다양성이 증가한 것으로 보고되었습니다. H. pylori와 위장의 공생 박테리아 사이의 상호작용이 완전히 이해되지는 않았지만, 건강한 위 미생물군집에 대한 직접적인 영향의 발견은 심각한 질병으로의 진행을 예방하기 위해 위 미생물군집을 조절하는 방법에 대해 어느 정도 밝혀줄 수 있습니다.

1.3. 장

장은 박테리아 대 숙주 세포 비율이 1:1인 가장 조밀하고 다양하게 집락화된 기관입니다. 대다수의 공생 박테리아는 결장에 존재하는 반면, 더 낮은 박테리아 개체군은 위와 소장에서 발견됩니다. 장에 존재하는 주요 세균 문은 장내 미생물의 90%를 차지하는 Firmicutes와 Bacteroides입니다. 장 환경에 존재하는 다른 문은 Actinobacteria, Proteobacteria, Fusobacteria 및 Verrucomicrobia입니다. 특히, Firmicutes 문 아래에서 발견되는 200개의 서로 다른 속이 있으며 Bacillus, Lactobacillus, Enterococcus, Clostridium 및 Ruminococcus를 포함하는 몇 가지 예가 있습니다. 락토바실러스는 건강에 유익하지만 황색포도상구균 및 클로스트리디움 퍼프린젠스와 같은 일부 피르미쿠테스 종은 과도하게 자라면 신체에 해롭습니다. 한편, Bacteroidota의 지배적인 속은 Bacteroides와 Prevotella입니다. 덜 풍부한 Actinobacteria phylum은 주로 Bifidobacterium으로 대표되며, 이 속은 건강에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다. Proteobacteria phylum에서 일부 잘 알려진 병원균에는 Enterobacter, Helicobacter, Shigella, Salmonella 및 Escherichia coli가 포함됩니다.
장내 미생물군의 구성은 삶의 세 단계에서 변화합니다: 출생에서 젖을 떼기; 이유식에서 정상적인 식단을 얻기까지; 그리고 마지막으로 노년기에. 통성 혐기성 균은 출생 시 가장 먼저 장에 서식하며, 이 박테리아는 2주 이내에 Bifidobacterium 및 Bacteroides spp.를 시작으로 절대 혐기성 균의 성장을 촉진하는 혐기성 조건을 만듭니다. 자연적으로 태어난 영아는 출생 시 산모의 질 및 분변 미생물군에 의해 접종되는 반면, 제왕절개로 태어난 영아는 처음에 피부 미생물군과 환경에서 발견되는 미생물 군집에 노출됩니다. 3일째에 자연 분만된 영아는 더 풍부하고 다양한 Bifidobacterium spp. 제왕절개 아기보다 더욱이 젖을 뗄 때까지 모유만 먹은 아기는 일반적으로 분유를 먹인 아기보다 비피도박테리아의 비율이 더 높은 더 안정적이고 덜 다양한 박테리아 군집을 가지고 있는 것으로 관찰되었습니다. 단단한 음식을 먹은 후 장내 미생물이 다양해졌고 피르미쿠테스의 수가 증가했습니다. 모유 수유 아기와 분유 수유 아기의 미생물은 생후 약 18개월이 되면 구별할 수 없게 됩니다. 3세가 되면 그들의 마이크로바이옴은 성인의 마이크로바이옴과 비슷해집니다. 노년기에는 비피도박테리아 수가 감소하고 장내세균이 증가하면서 미생물군 다양성이 감소하는 것으로 보고되었습니다. 마찬가지로, 박테로이데테스의 풍부도는 증가하는 반면, 피르미쿠테스는 노인(>65세)에서 덜 풍부해집니다. 이와 별개로, 장내 미생물 구성은 다양한 해부학적 위치의 환경에 의해 크게 영향을 받습니다. 대장은 유속이 느리고 pH 수준은 약산성에서 중성까지 다양합니다. 지금까지 절대 혐기성 미생물이 지배하는 가장 큰 미생물 군집을 구성합니다. 대장은 미생물이 상주하는 여러 미세 환경을 포함합니다. 상피 표면과 내부 점액층은 건강한 상태에서 최소한의 집락을 형성하는 반면 확산 점액층에는 Akkermansia muciniphila와 같은 전문 집락자가 있습니다. 소화관 내강의 액상은 다양한 미생물과 Ruminococcus spp. 내장 내강에서 발견되는 식이 섬유에 따라 다릅니다. 소장은 소화에서 약 3-5시간의 상당히 짧은 통과 시간을 갖는다는 점을 감안할 때, 항균 활성을 가진 높은 담즙 농도의 존재는 소장을 미생물 식민자에게 도전적인 환경으로 만듭니다. 분자 분석에서 공장 및 회장 성분은 박테리아 문 Proteobacteria 및 Bacteroides와 Streptococci, Lactobacilli 및 Enterococci 종을 포함하여 주로 통성 혐기성 균으로 구성되어 있음이 밝혀졌습니다. 
장내 세균은 위장관을 따라 소화를 조절하는 데 중요합니다. 공생 박테리아는 단쇄 지방산(SCFA), 담즙산, 아미노산 등과 같은 영양소 및 대사 산물을 처리하는 데 중요한 역할을 합니다. 그렇게 함으로써 이러한 박테리아 중 일부는 숙주 에너지 수확 및 대사 효율을 촉진합니다. 이들 구성원 중 일부는 또한 병원성 박테리아에 대한 중요한 면역 기능을 수행하고 장 상피 무결성을 유지하여 박테리아 침입을 방지합니다. 마이크로바이옴 종의 구성이 신진대사에서 중요한 역할을 수행하지만, 커뮤니티의 대사 출력은 미생물군에 대한 기질의 가용성에 따라 달라지거나 식단과 같은 외적 요인이 장내 마이크로바이옴에 영향을 미치는 경우에도 좌우됩니다. 미생물 합성 대사산물은 잠재적으로 대사, 면역 및 신경내분비 시스템 사이의 누화를 중재하여 숙주의 건강을 지배합니다. 
소화를 조절하는 것 외에도 지배적인 비병원성 장내 미생물은 특정 틈새를 점유하여 병원성 집락화 및 성장을 억제합니다. 그러나 장내 미생물의 균형이 교란되면 장 투과성이 증가합니다. 투과성의 이러한 변화는 기회 병원균이 빈 틈새를 침범하고 식민지화하여 장 환경을 변화시킬 수 있게 합니다. 이것은 잠재적으로 숙주에 해를 끼치고 다양한 질병을 일으키는 조절되지 않은 대사 산물의 생산으로 이어질 수 있습니다. 증가된 장 투과성은 또한 대사 산물, 독성 인자 및 기타 내강 성분과 같은 미생물 유래 제품의 유입을 허용하여 장내 미생물군집의 정상적인 기능을 방해하고 분자에 의해 매개되는 염증, 알레르기 및 자가 면역 장애와 같은 비정상적인 면역 염증 반응에 기여합니다. 
때때로 기회 병원체의 출처는 미생물 군집의 상주 부위에서 나오며, 이는 장내 미생물 군집의 건강한 비질병 상태가 교란되어 병원성 구성원에 대한 집락화 저항이 실패할 때 발생합니다. 예를 들어 클로스트리디움 디피실리(Clostridium difficile)는 정상 장내 미생물군에 존재하지만 건강한 비질병 미생물 군집 상태가 파괴되면 병원성이 됩니다. C. difficile은 비정상적인 염증 반응 및 세포 사멸을 유도하여 세포 골격 및 결장 상피 장벽 완전성을 손상시킬 수 있습니다. 디피실 감염(CDI) 관련 증상에는 설사, 위막성 대장염, 패혈증 및 사망이 포함됩니다. 질병이 없는 건강한 상태의 우세한 장내 미생물군은 살모넬라 종과 같은 다른 병원균에 비해 종종 항생제 관련 설사와 관련되기 때문에 C. difficile의 과증식을 방지하여 숙주를 보호한다고 제안됩니다. 
일반적으로 연구되는 또 다른 장내 미생물군유전체 관련 질병은 염증성 장 질환(IBD)입니다. 궤양성 대장염(UC)과 크론병(CD)의 두 가지 일반적인 형태를 가진 특발성, 만성 및 재발성 위장관 염증 그룹입니다. 염증은 크론병의 전체 위장관을 따라 어느 위치에서나 발생합니다. 한편 UC에서는 염증이 대장으로 제한됩니다. 두 상태 모두 반복되는 열, 설사 및 복통과 관련이 있습니다. 장내 세균불균형이 잠재적으로 IBD 병인에 기여하는 것으로 제안되었습니다. 예를 들어 Faecalibacterium prausnitzii 및 Roseburia spp.와 같은 Firmicutes의 풍부도가 감소합니다. 이들은 부티레이트 생성 박테리아이며 부티레이트는 결장 세포의 주요 에너지 기질입니다. 따라서 Firmicutes의 감소는 항염증성 사이토카인을 감소시켜 국소 염증을 높일 수 있습니다. 비슷하게, F. 프라우스니치가 셀용 프로바이오틱으로 중단되었습니다. IBD 외에 장내 미생물과 관련된 다른 장 운동에는 과민성 대장 증후군(IBS), 체강 질환 및 대장암(CRC)이 포함됩니다. IBS 환자의 배설물 표본에 대한 연구에서 반복되는 반복시간에 비해 최대토바실러스 종의 증거가 심각하게 감소했습니다. 다른 연구에서는 개인에 비해 IBS 환자에서 박테로이데테스에 대한 페르미쿠테스의 가동이 증가한 것으로 나타났습니다. 또한 Lactobacilli 및 Faecalibacterium과 같은 일부 Firmicutes 계열 외에 Actinobacteria군에서 Bifidobacteria 및 Collinsella도 감소했습니다. IBS 혈액에서 일부 Firmicutes 계열(Veillonella, Streptococci 및 Ruminococcus spp.)과 Proteobacteria(Enterobacteriaceae spp.)의 수가 증가했습니다. 이러한 결과는 IBS 환자의 상피 중단 기능과 관련된 미생물의 손실이 있음을 보여줍니다. 많은 질병들이 미생물군집과 관련이 있는지 여부에 관계가 있다고 가정하고 있지만, 일부 연구에서는 미생물의 활성에 기반한 질병의 원인을 제시하고자 하였다. 이 정보를 활용하여 치료를 발전시킬 수 있습니다.
장에 사는 다른 미생물은 장내 세균의 바이러스 구성 요소의 대부분을 구성하는 바이러스와 박테리오파지입니다. Methanosphaera stadtmanae 및 Methanobrevibacter smithii와 같은 정복적인 고세균 종도 장내 군집에서 발견됩니다. 장에 대한 종단 연구에 따르면 개인의 미생물이고 특정 종은 매우 안정적으로 1년 이상 지속됩니다. 인간 장내 마이크로바이옴의 특정 커뮤니티는 수명 주기 정지에 더 나아가 개인 간 및 개인 내 변이에 의해 영향을 받습니다. 마이크로바이옴의 변화에 영향을 미치고 몇 가지 요인의 생성은 장의 해부학적 영역, 분만 방식, 배달 수유 방법, 젖을 가져오는 기간, 연령, 식이 및 단백질 섭취가 있습니다. 시위관 환경은 노동시간, 항구액 유속, 항구 가용성, 일시적으로 물, pH 및 중단 장력 측면에서 해부학적 영역에 따라 필요합니다.

인간 마이크로바이옴은 신체의 다양한 해부학적 위치에 서식하는 역동적인 미생물 군집으로 구성됩니다. 따라서 미생물 군집과 숙주의 공진화로 인해 이러한 커뮤니티가 인간 건강 증진에 중요한 역할을 하게 되었습니다. 결과적으로 인간 마이크로바이옴의 교란은 여러 질병을 유발하거나 악화시킬 수 있습니다. 이 검토에서 우리는 피부뿐만 아니라 소화기, 호흡기, 비뇨기 및 생식기 전체에서 발견되는 미생물 군집에 초점을 맞추어 인간 건강과 질병 발달 사이의 관계에 대한 현재의 이해를 제시합니다. 우리는 인간 마이크로바이옴의 구성과 기능이 숙주에 치료 효과를 발휘하도록 조절될 수 있는 다양한 전략에 대해 더 논의합니다. 마지막으로, 우리는 마이크로바이옴 연구 및 엔지니어링에서 상당한 발전을 가능하게 할 수 있는 미생물의 다중체학 접근법 및 세포 리프로그래밍과 같은 기술을 조사합니다.

유기체의 전체 게놈 시퀀싱을 가능하게 한 발전으로 인해 우리는 미생물로부터 기하급수적인 양의 게놈 시퀀싱 정보를 얻었습니다. 130,000개 이상의 완전하거나 거의 완전한 박테리아 게놈이 시퀀싱되었습니다. 한편, 20000개 이상의 metagenomic 프로젝트가 공개되어 있으며 수 테라바이트의 시퀀싱 데이터가 생성되었습니다. 미생물의 게놈 구조에 관한 정보의 이러한 놀라운 확장은 미생물 시스템에 대한 우리의 지식에서 진정으로 혁명적인 진보를 위한 토대를 마련했습니다. 우리는 이제 시스템 수준에서 유전자와 단백질을 포함한 생물학적 분자의 상호 작용 네트워크를 이해할 수 있으며 이러한 이해를 바탕으로 원하는 기능을 수행하는 복잡한 생물학적 시스템을 효과적으로 엔지니어링할 수 있습니다. 이러한 기술 발전은 유전자 합성과 같은 다른 핵심 가능 기술의 개발과 함께 합성 생물학이라는 새로운 학제 간 연구 분야의 탄생에 기여했습니다.

그러나 자연계의 미생물은 스스로 발견되는 경우가 거의 없습니다. 그들은 항상 주어진 틈새를 차지하는 각각의 미생물 군집을 형성합니다. 또한 그들의 서식지는 광범위한 무생물 및 생물 환경을 포함합니다. 인체와의 오랜 진화적 동거를 통해 마이크로바이옴이라고 하는 이 미생물 군집은 신진대사, 면역 발달 및 행동 반응과 같은 숙주의 생리적 기능에서 심오한 역할을 확립했습니다. 미생물 군집과 살아 있는 숙주 사이의 복잡한 관계로 인해 하나가 파괴되면 당연히 다른 하나도 파괴됩니다. 즉, 미생물불균형(dysbiosis)으로 알려진 교란된 미생물 군집은 대사에서 면역 및 기분 장애에 이르기까지 다양한 숙주 질병 상태에서 관찰될 수 있습니다. 최근 몇 년 동안 인간 마이크로바이옴 연구와 다른 질병과의 연관성이 극적으로 증가했습니다. 인간과 관련된 미생물 군집과 질병 발달 사이의 관계의 중요성이 분명해짐에 따라 장내 미생물 군집의 구성과 기능을 새로운 치료 방식으로 재구성하고 재프로그램하기 위해 미생물 군집을 공학적으로 만드는 것에 대한 관심이 높아지고 있습니다.

일반적으로 마이크로바이옴의 기능을 조절하거나 "마이크로바이옴 공학"을 수행하는 것은 장내 미생물 구성 또는 대사 기능을 변경하여 달성할 수 있습니다. 이러한 변화는 특정 미생물(또는 미생물의 컨소시엄), 프리바이오틱스 또는 생리활성 대사산물을 제공하여 마이크로바이옴의 구성 및 기능의 변화를 이끌어내어 손상된 대사 기능을 바로잡음으로써 크게 매개되는 것으로 보고됩니다. 또한 조작된 프로바이오틱스 또는 미생물의 합성 컨소시엄을 사용하여 보다 합리적이고 정확한 치료 개입을 제공할 수 있습니다. 그러한 개입을 위한 공학 프로바이오틱스의 초기부터 다양한 유전적 도구가 확인되고 치료 활동의 보다 정확하고 복잡한 실행을 위해 개발되었습니다.
이 검토의 목표는 인간 건강을 위한 마이크로바이옴-숙주 관계의 발전에 대한 포괄적인 이해를 제공하는 것입니다. 또한, 이 검토는 심층적인 미생물 연구 및 강력한 미생물 공학을 가능하게 하는 미생물의 세포 리프로그래밍 및 다중체 접근법에 특별히 초점을 두고 인간 질병을 예방하거나 치료하기 위한 인간 미생물의 조작을 다루는 연구의 포괄적인 목록을 제공하는 것을 목표로 합니다. 

인간 마이크로바이옴

마이크로바이옴 연구는 지난 수십 년 동안 급속도로 발전했으며 이제 과학 및 대중의 큰 관심 주제가 되었습니다. 역사적으로 마이크로바이옴 연구 분야는 환경 마이크로바이옴 연구에서 생겨났고 나중에 진핵생물을 공간을 공유하는 미생물 군집과 분리할 수 없는 것으로 보는 것으로 진화했습니다. 결국 인체는 수조 마리의 작은 유기체가 숙주와 공존하는 생태계입니다. 따라서 과학 용어 "마이크로바이옴"은 인체의 거의 모든 부분에 서식하는 모든 미생물의 유전자 세트를 의미합니다. 따라서 마이크로바이옴은 숙주와 공생 관계를 갖는 두 번째 게놈으로 간주됩니다. 이 관계는 긍정적이거나 유익할 수도 있고, 부정적이거나 병적일 수도 있고, 중립적일 수도 있습니다. 따라서 마이크로바이옴 상호 작용은 인간 건강에 중요한 역할을 합니다. 복잡하고 다양한 마이크로바이옴은 약 50배에서 100배 더 많은 유전자를 가진 숙주 게놈의 기능적 확장으로 작동합니다. 이러한 여분의 유전자는 다양한 유형의 효소 단백질을 소유하여 생산된 대사 산물에 영향을 미치고 따라서 숙주 대사에 영향을 미침으로써 숙주 생리학의 조절에 기여합니다. 
수년에 걸쳐 특정 미생물과 숙주 사이의 관계를 조사하는 대신 홀로비온트 이론에 기반한 전체론적 접근 방식이 적용되었습니다. 숙주와 그 미생물의 유익한 상호 작용은 숙주의 건강을 유지하는 데 책임이 있는 반면, 질병 발달은 종종 미생물 불균형 또는 미생물군의 변화와 관련이 있습니다. 따라서 병원체는 미생물의 극히 일부에 불과하며 미생물 군집의 변경된 구성은 병원체의 출현과 발발을 촉진합니다. 대다수의 미생물은 생태계 기능뿐만 아니라 다른 미생물과의 유익한 상호 작용에 중요하여 개체군 역학 및 기능적 활동에 기여합니다. 따라서 기회주의적 병원균은 숙주-미생물 상호작용이 숙주뿐만 아니라 전체 미생물 군집에 의존한다는 것을 보여줍니다.
미생물총은 박테리아, 고세균, 곰팡이, 조류 및 작은 원생생물을 포함하는 미생물군유전체를 형성하는 모든 살아있는 구성원으로 구성됩니다. 마이크로바이옴의 구성원은 또한 바이러스, 파지 및 이동성 유전 요소로 확장됩니다. 마이크로바이옴의 정의에서 가장 논란이 되는 포함 사항 중 하나입니다. 그러나 이후 마이크로바이옴은 미생물 군집뿐만 아니라 미생물의 구조적 요소, 대사 산물 및 공존하는 숙주에 의해 생성된 분자를 포함하여 미생물에 의해 생성된 분자의 전체 스펙트럼과 관련되는 것으로 추가로 정의되었습니다.
일반적으로 미생물 구성은 해부학적 부분에 따라 다르며, 마이크로바이옴의 구성도 개인마다 다르기 때문에 고도로 개인화됩니다. 건강한 미생물총의 정확한 정의는 아직 정의되지 않았지만, 연구에 따르면 프로바이오틱스, 프리바이오틱스 및 신바이오틱스의 사용은 건강한 체내 식물상을 유지하거나 미생물을 건강한 미생물 생태계로 변경함으로써 유익한 것으로 나타났습니다.
따라서 특정 환경 조건에 의해 영향을 받는 간헐적 또는 일시적인 미생물의 식별을 용이하게 하기 때문에 핵심 미생물군을 정의하는 것이 중요합니다. 핵심 미생물군은 주어진 숙주 유전자형 또는 특정 환경과 지속적으로 연관되는 미생물 군집인 반면, 일시적인 미생물군은 시간이 지남에 따라 변합니다. 이러한 차이점을 확인함으로써 적절한 실험적, 방법론적 및 통계적 설계를 적용하여 치료 적용을 위한 미생물 연구에서 취한 접근 방식을 개선할 수 있습니다.

인간 마이크로바이옴에 영향을 미치는 요인

미생물은 최적의 성장 조건에 따라 선호하는 환경에 거주합니다. 인체의 외부 및 내부 부분과 입구 부위에서 찾을 수 있습니다. 미생물을 수용하는 외부 부위에는 피부, 눈, 심지어 손톱 아래의 노출된 부위가 포함됩니다. 미생물이 들어가는 입구는 호흡기관(입과 코), 위장관(구강), 비뇨생식관, 피부 표면의 틈입니다. 한편, 미생물이 차지하는 신체의 내부 부분에는 폐, 내장, 방광, 신장 및 질이 포함됩니다.

미생물은 자신에게 적합한 환경에서 번성하는 경향이 있습니다. 따라서 이러한 미생물은 선호하는 자연 환경과 유사한 인간 마이크로바이옴의 조건에 적응하는 메커니즘을 가질 것으로 예측됩니다. 온도, pH, 산소 농도, 압력, 삼투압 및 영양 공급원과 같은 환경 요인은 신체의 여러 부위에서 미생물의 다양성과 풍부함에 기여합니다. 예를 들어, 우리의 체온은 다양한 종류의 미생물을 수용하기에 최적입니다. 피지와 같은 영양 공급원의 존재와 같은 다른 요인은 피부의 pH를 변화시키고 특정 미생물 그룹의 성장을 촉진하는 탄소 공급원 역할도 합니다. 흥미롭게도 장 상피를 덮고 있는 조밀한 점액층은 미생물의 탄소 공급원 역할을 할 뿐만 아니라 박테리아 부착을 위한 부착 부위를 제공합니다. 
인간 미생물군의 풍부함과 다양성은 내적 요인과 외적 요인에 따라 달라집니다. 본질적인 요인에는 이전에 설명한 바와 같이 서식지의 생리가 일부 미생물의 성장을 촉진하기 때문에 신체 환경의 특성이 포함됩니다. 마이크로바이옴의 구성에 기여하는 다른 내재적 요인에는 유전, 민족, 성별 및 연령이 포함됩니다. 인간 마이크로바이옴은 일단 미생물이 환경에 적응하면 일반적으로 안정적이고 내성이 있습니다. 시간이 지남에 따라 마이크로바이옴의 변화를 일으킬 수 있는 내적 요인 외에도 식단, 생활 방식, 약물, 지리적 위치, 기후 및 계절성과 같은 외적 요인이 미생물 군집에 변화를 일으킬 수 있습니다. 또한 출산 중 분만 방식은 미생물 군집에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 예를 들어 질식 분만과 제왕절개 분만을 통해 분만된 신생아는 장내 미생물을 지배하는 서로 다른 그룹을 보유하고 있습니다. 그러나 3세가 되면 장내 마이크로바이옴은 성인의 장내 마이크로바이옴과 유사하게 변합니다. 사람들이 70세를 넘어서면 소화관에서 음식을 소화하고 영양분을 흡수하는 능력이 변하여 장내 미생물군집의 구성에 영향을 미칩니다. 노인의 면역 활동이 감소함에 따라 병원균에 더 취약해짐에 따라 전체 마이크로바이옴의 변화에 기여하여 코어 마이크로바이옴에 영향을 미칩니다. Bifidobacterium spp. 면역 체계와 대사 과정을 자극하고 비피도박테리아의 감소는 노인의 영양실조와 낮은 전신 염증 상태를 초래할 수 있습니다. 전반적으로 인간 미생물은 신체의 자연 환경에 따라 최적의 성장 조건에서 번성합니다. 신체의 자연 환경이 변경되면 변화하는 환경에 적응하기 위해 미생물 구성과 다양성이 이동하여 잠재적으로 질병이 발생합니다.

다음 편에서 계속